自然》《科学》一周（410-416）材料科学前沿

　　使用介孔TiO2作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池（PSCs）能量效率（PCE）超过20%的报导已经很多。然而，TiO2能够减小PSCs在光照（包括紫外光）时的稳定性。La的BaSnO3（LBSO）钙钛矿的电子迁移和电子结构使其很可能成为一种理想的替代材料，但是分散良好的细颗粒状LBSO或者合成温度低于500 oC结晶良好的LBSO还未实现。Shin等人利用一种超氧化物溶胶溶液法在低于300 oC的温和条件下制备了LBSO电极。利用LBSO和甲基胺碘化铅（MAPbI3）制备的PSCs表现出稳定的PCE为21.2%。这一PSCs在全太阳光照1000小时后仍能保持起始性能的93%。（Science DOI: 10.1126/science.aam6620）

　　轻质设计策略和先进的能源应用迫切需要下一代高性能结构材料。马氏体时效钢，即结合了纳米沉淀物的马氏体，是一种高强度材料，很有潜力满足上述要求成为下一代高性能结构材料。Jiang等人报导了一种新的“违反直觉的”设计策略，即，利用最小晶格错配的高密度纳米沉淀设计合成超强钢合金。他们发现这些高度分散、全共格沉淀物（也就是，沉淀物的晶格几乎与周围母体的晶格完全相同）表现出很低的晶格错配（0.03±0.04%）和很高的反相晶界能，在没有延展性的同时强化了合金。如此低的晶格错配减小了沉淀的形核能垒，因此使纳米沉淀物具有极高的数密度（10e24/m3）和很小的尺寸（2.7±0.2nm）。他们合成了一系列Ni（Al，Fe）强化的此类超强度钢，强度达2.2 GPa，约8.2%的延展性。相比于传统马氏体时效钢，这些沉淀物组分（Ni,Al,Fe）通过替代原来昂贵的Co和Ti等大大降低了成本。（Nature DOI: 10.1038/nature22032）

　　因为绝大多数有机的主干是由基本的C-C键组成，因此发展有效的方法来构筑这些键成为有机合成必须面对的重要挑战之一。过渡金属催化有机亲电体和亲核体之间的交联反应是实现C-C键形成的非常有力的工具。最近，大量的交联耦合过程都使用了芳基或者烯基亲电体作为耦合体之一。在过去的15年中，科学家们发展了各种新方法用以有效的交联耦合很多烷基亲电体，因此大大扩充了目标的多样性。耦合烷基亲电体的能力为立体化学维度打开了大门，显著提高了交联耦合过程的应用。（Science DOI: 10.1126/science.aaf7230）

　　碳纳米带由全融合共边界苯环的一个闭环构成，是困扰有机化学界60多年的目标。最近，Povie等人通过迭代Wittig反应以及后续的Ni调制芳基-芳基耦合反应合成了这种碳纳米带。X-射线衍射了这一圆柱形带状结构，通过紫外-可见光吸收、荧光和Raman光谱以及理论计算进一步研究了它的基本光电特性。这一能够作为种子潜在应用于结构良好的碳纳米管的合成（Science DOI:10.1126/science.aam8158）

　　在纳米尺度控制电子态的能力对于凝聚态的理解具有重要意义。尤其量子点电代表着研究强电子关联的一种模型系统，是近藤效应（Kondo effect）的一个缩影。Desjardins等人用电量子电动力学架构研究了这一多体现象的内在度。他们将一个量子点耦合到一个高品质微波腔体内，测量了量子点的电子压缩，也就是容纳电子的能力。通过在Kondo区域的双导和压缩测量，他们直接了电子转移机制的电荷动力学。他们发现在传输测量中可见的Kondo共振对于捕获在高品质腔体中的微波光子是“透明的”，因此，了在一个多体共振中，有限的导通能够通过库伦相互作用冷冻的电子来实现。（Nature DOI: 10.1038/nature21704）

　　有机LEDs是很有潜力的一种高效发光和显示技术。Di等人报导了一种容易处理的新的线性施主-桥-受主发光，在高亮度下能够实现接近100%的内部量子效率。这一性能的关键是快速和有效使用三重态。他们利用时间分辨谱确定在室温下通过三重态的荧光可以在350 ns内发生。他们发现的几何结构存在于单线态-三重态能量间隙（交换能）接近于零的，这样快速的相互成为可能。理论计算表明交换能能够通过桥接的施主和受主的相对转动来调节。不像其它低交换能系统，基本的振子强度维持在单线态-三重态简并点上。（Science DOI: 10.1126/science.aah4345）

　　石墨烯优异的光电性质使其成为高性能光探测器的重要组成部分。然而，在典型的石墨烯基光探测器中，光响应仅仅来自于石墨烯附近特定的，与器件尺寸相比非常小。对于很多光电器件的应用来说，期望获得大面积的光响应和性。Sarker等人通过扫描聚焦激光束研究了在SiC基底上背栅石墨烯场效应管（GFET）中的光响应空间依赖性。GFET表现出非局域的光响应，甚至在离石墨烯500微米以外照射SiC基底时也如此。照射不同能够引起光响应特性和光电流改变超过一个数量级。 （Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/NNANO.2017.46）

　　有机太阳能电池表现出的外部量子效率和填充因子都已趋近传统光伏技术。然而，与吸收材料的光学带隙相比，由于重要的非辐射重聚的出现，开电压却很低。Benduhn等人研究了很多已发表的数据和新材料的数据，发现非辐射电压损失随着转移电荷态能量的增加而减小。随着在Marcus反转区的电荷转移，非辐射电荷转移态的衰减解释了这一现象。他们的结果表明在非辐射电压损失和电子振动耦合之间存在一种内在联系，说明这种损失在所难免。因此，单结有机太阳能电池的能量效率的理论上限可能减小到25.5%，最优光学带隙增加到1.45-1.65eV，也就是比最小非辐射电压损失技术的值高0.2-0.3 eV。（Nature Energy DOI: 10.1038/nenergy.2017.53）

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　　✦会议背景：电子显微镜已成为促进我们对材料结构和行为理解的关键技术。原子尺度成像和缺陷成像已取得实质性突破，并且是现代材料科学的支柱。随着新显微镜硬件和新型成像及分析技术的不断发展，电子显微镜将继续推进我们对材料的认识边界。本次会议将探讨电子显微技术在功能和纳米材料、结构材料、软物质和生物材料方面的发展和应用以及电子显微技术进展，着重展望未来十年的电子显微技术发展。

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